《【教案】粤教版高中物理选修（3-3）3.2-3《热力学第一定律能量守恒定律》导学案》由会员分享，可在线阅读，更多相关《【教案】粤教版高中物理选修（3-3）3.2-3《热力学第一定律能量守恒定律》导学案（11页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、学案学案 2 热力学第一定律热力学第一定律学案学案 3 能量守恒定律能量守恒定律目标定位 1.理解热力学第一定律并会运用于分析和计算.2.理解能量守恒定律，知道能量守恒是自然界普遍遵从的基本规律.3.知道第一类永动机是不可能造成的 一、热力学第一定律问题设计一根金属丝经过某一物理过程，温度升高了，除非事先知道，否则根本无法判定是经过做功的方法还是使用了热传递的方法使它的内能增加因为单纯地对系统做功和单纯地对系统传热都能改变系统的内能既然它们在改变系统内能方面是等效的，那么当外界对系统做功为 W，又对系统传热为 Q 时，系统内能的增量 U 应该是多少？答案 系统内能的增量 UQW.要点提炼1热力
2、学第一定律：如果物体跟外界同时发生做功和热传递的过程，那么，物体内能的增加 U 就等于物体吸收的热量 Q 和外界对物体做的功 W 之和2热力学第一定律的表达式：UQW.3对公式 UQW 符号的规定符号WQU外界对热力学系统做功热力学系统吸收热量内能增加热力学系统对外界做功热力学系统放出热量内能减少4.三种特殊情况(1)若过程是绝热的，即 Q0，则 WU，外界对物体做的功等于物体内能的增加(2)若过程中外界没有对物体做功，即 W0，则 QU，物体吸收的热量等于物体内能的增加(3)若过程的始末状态物体的内能不变，即 U0，则 WQ0 或 WQ，外界对物体做的功等于物体放出的热量二、热力学第一定律应
3、用举例问题设计1理想气体的内能与什么因素有关？答案 由于理想气体忽略了分子间的作用力，即忽略了分子势能，所以理想气体的内能只跟气体的温度和物质的量有关，与气体的体积无关2你能应用热力学第一定律讨论理想气体在等压膨胀过程中的能量转换关系吗？答案 设一定质量的理想气体，保持压强不变，由(V1，T1)变为(V2，T2)，而且 V1V2.由盖吕萨克定律及 V1V2知 T1T2.V1T1V2T2因气体膨胀(V1V2)，则气体对外做功，W0.因气体温度升高(T1T2)，则气体的内能增加 U0.由热力学第一定律 UWQ 可知 QUW0.即系统由外界吸收热量，系统吸收的热量一部分用来增加内能，一部分转化为气体
4、对外所做的功要点提炼1等压过程中的能量转换(1)等压膨胀：由于 W0，U0，则 QUW0，即气体吸收的热量一部分用来增加内能，另一部分转化为气体对外所做的功(2)等压压缩：由于 W0，U0，则 QUW0，即气体对外界放热，放出的热量等于外界对气体所做的功与气体内能减小量之和2等容过程中的能量转换(1)温度升高：由于 U0，W0，则 QU，即气体从外界吸收的热量全部用于增加气体的内能(2)温度降低，由于 U0，W0，则 QU，即气体向外界放出的热量等于气体内能的减少量3等温过程中的能量转化(1)等温膨胀：由于 W0，U0，则 QW0，即气体从外界吸收的热量全部转换为气体对外所做的功(2)等温压缩
5、：由于 W0，U0，则 QW0，即外界对气体所做的功全部转换为气体传给外界的热量三、能量守恒定律问题设计使热力学系统内能改变的方式是做功和热传递做功的过程是其他形式的能转化为内能的过程，热传递是把其他物体的内能转移为系统的内能在能量发生转化或转移时，能量的总量会减少吗？答案 能量的总量保持不变要点提炼1能量守恒定律：能量既不会凭空产生，也不会凭空消失，它只能从一种形式转化成为另一种形式，或者从一个物体转移到别的物体；在转化和转移过程中其总量不变2对能量守恒定律的理解(1)某种形式的能量减少，一定有其他形式的能量增加，且减少量和增加量一定相等(2)某个物体的能量减少，一定存在其他物体的能量增加，
6、且减少量和增加量一定相等3能量的存在形式及相互转化各种运动形式都有对应的能：机械运动有机械能，分子的热运动有内能，还有诸如电磁能、化学能、原子能等各种形式的能通过某种力做功可以相互转化4第一类永动机(1)定义：不需要任何动力或燃料却能不断对外做功的机器(2)不可能制成的原因：违背了能量守恒定律延伸思考热力学第一定律、机械能守恒定律是能量守恒定律的具体体现吗？答案 是一、热力学第一定律例 1 关于物体内能的变化情况，下列说法中正确的是( )A吸热的物体，其内能一定增加B体积膨胀的物体，其内能一定减少C放热的物体，其内能也可能增加D绝热压缩的气体，其内能一定增加解析 做功和热传递都能改变物体的内能
7、，不能依据一种方式的变化就判断内能的变化答案 CD例 2 空气压缩机在一次压缩中，活塞对空气做了 2105 J 的功，同时空气的内能增加了1.5105 J，这一过程中空气向外界传递的热量是多少？解析 选择被压缩的空气为研究对象，根据热力学第一定律有 UWQ.由题意可知 W2105 J，U1.5105 J，代入上式得：QUW1.5105 J2105 J5104 J.负号表示空气向外释放热量，即空气向外界传递的热量为 5104 J.答案 5104 J二、热力学第一定律与气体实验定律的结合例 3 如图 1 所示，倒悬的导热气缸中封闭着一定质量的理想气体轻质活塞可无摩擦地上下移动，活塞的横截面积为 S
8、，活塞的下面吊着一个重为 G 的物体，大气压强恒为 p0.起初环境的热力学温度为 T0时，活塞到气缸底面的距离为 L.当环境温度逐渐升高，导致活塞缓慢下降，该过程中活塞下降了 0.1L，气缸中的气体吸收的热量为 Q.求：图1(1)气缸内部气体内能的增量 U；(2)最终的环境温度 T.解析 (1)密封气体的压强 pp0(G/S)密封气体对外做功 WpS0.1L由热力学第一定律得 UQW得 UQ0.1p0SL0.1LG(2)该过程是等压变化，由盖吕萨克定律有LST0L0.1LST 解得 T1.1T0答案 (1)Q0.1p0SL0.1LG (2)1.1T0三、能量守恒定律例 4 下列对能量守恒定律的
9、认识错误的是( )A某种形式的能量减少，一定存在其他形式的能量增加B某个物体的能量减少，必然有其他物体的能量增加C不需要任何外界的动力而持续对外做功的机器第一类永动机是不可能制成的D石子从空中落下，最后停止在地面上，说明机械能消失了解析 A 选项是指不同形式的能量间的转化，转化过程中能量是守恒的B 选项是指能量在不同的物体间发生转移，转移过程中能量是守恒的，A、B 选项正好是能量守恒定律的两个方面转化与转移第一类永动机是不可能制成的，它违背了能量守恒定律所以A、B、C 正确；D 选项中石子的机械能减少，但机械能并没有消失，能量守恒定律表明能量既不能创生，也不能消失，故 D 错误故选 D 项答案
10、 D1(热力学第一定律)一定质量的气体在某一过程中，外界对气体做了 8104 J 的功，气体的内能减少了 1.2105 J，则根据热力学第一定律，下列各式中正确的是( )AW8104 J，U1.2105 J，Q4104 JBW8104 J，U1.2105 J，Q2105 JCW8104 J，U1.2105 J，Q2104 JDW8104 J，U1.2105 J，Q4104 J答案 B解析 因为外界对气体做功，W 取正值，即 W8104 J；内能减少，U 取负值，即U1.2105 J；根据热力学第一定律 UWQ，可知 QUW1.2105 J8104 J2105 J，即 B 选项正确2(热力学第一
11、定律)如图 2 所示，某同学将空的薄金属筒开口向下压入水中设水温均匀且恒定，筒内空气无泄漏，不计气体分子间的相互作用，则被淹没的金属筒在缓缓下降的过程中，筒内空气体积减小，且( )A从外界吸热 图 2B内能增大C向外界放热D内能减少答案 C解析 本题考查气体性质和热力学第一定律，由于不计气体分子之间的相互作用，且整个过程缓慢进行，所以可看成温度不变，即气体内能不变，选项 B、D 均错根据热力学第一定律公式 UWQ，因为在这个过程中气体体积减小，外界对气体做功，式中 W 取正号，U0，所以 Q 为负，即气体向外放热，故选项 A 错，C 对正确答案为 C.3(能量守恒定律)下面设想不符合能量守恒定
12、律的是( )A利用永久磁铁间的作用力，造一台永远转动的机械B做一条没有动力系统的船，在水面上行驶C通过太阳照射飞机，即使飞机不带燃料也能飞行D利用核动力，驾驶地球离开太阳系答案 A解析 利用磁场能可以使磁铁所具有的磁场能转化为动能，但由于摩擦力的不可避免性，动能最终转化为内能使转动停止，故 A 不符合船能利用水流的能量行驶，飞机可利用光能的可转化性和电能的可收集性，使光能转化为飞机的动能，实现飞机不带燃料也能飞行，故B、C 符合；利用反冲理论，以核动力为能源，使地球获得足够大的能量，挣脱太阳引力的束缚而离开太阳系，故 D 符合故选 A 项4(热力学第一定律与气体实验定律的综合应用)如图 3 是
13、用导热性能良好的材料制成的气体实验装置，开始时封闭的气柱长度为 22 cm，现用竖直向下的外力 F 压缩气体，使封闭的气柱长度变为 2 cm，人对活塞做功 100 J，大气压强为p01105 Pa，不计活塞的重力问：(1)若用足够长的时间缓慢压缩，求压缩后气体的压强多大？(2)若以适当的速度压缩气体，向外散失的热量为 20 J，则气体的内能增加多少？(活塞的横截面积 S1 cm2) 图 3答案 (1)1.1106 Pa (2)82 J解析 (1)设压缩后气体的压强为 p，活塞的横截面积为 S，l022 cm，l2 cm，V0l0S，VlS，缓慢压缩，气体温度不变由玻意耳定律得 p0V0pV解出
14、 p1.1106 Pa(2)大气压力对活塞做功 W1p0S(l0l)2 J人做功 W2100 J由热力学第一定律得 UW1W2QQ20 J解得 U82 J题组一 热力学第一定律1关于物体内能的变化，以下说法中正确的是( )A物体吸收热量，内能一定增大B物体对外做功，内能一定减少C物体吸收热量，同时对外做功，内能可能不变D物体放出热量，同时对外做功，内能可能不变答案 C解析 根据热力学第一定律 UWQ，物体内能的变化与外界对物体做功(或物体对外界做功)和物体从外界吸热(或向外界放热)两种因素有关物体吸收热量，但有可能同时对外做功，故内能有可能不变甚至减小，故 A 错；同理，物体对外做功的同时有可
15、能吸热，故内能不一定减少，B 错；若物体吸收的热量与对外做的功相等，则内能不变，C 正确；而放热与对外做功都使物体内能减少，故 D 错2密闭有空气的薄塑料瓶因降温而变扁，此过程中瓶内空气(不计分子势能的变化)( )A内能增大，放出热量B内能减小，吸收热量C内能增大，对外界做功D内能减小，外界对其做功答案 D解析 不计分子势能的变化时瓶内空气的内能只与其温度有关，温度降低时其内能减小塑料瓶变扁时瓶内空气体积减小，外界对其做功再由热力学第一定律知此过程中瓶内空气要放出热量，故只有选项 D 正确3一定量的理想气体在某一过程中，从外界吸收热量 2.5104 J，气体对外界做功1.0104 J，则该理想气体的 ( )A温度降低，密度增大 B温度降低，密谋减小C温度升高，密度增大 D温度升高，密度减小答案 D解析 由 UWQ 可得理想气体内能变化 U1.0104 J2.5104 J1.5104 J0，故温度升高，A、B 两项均错因为气体对外做功，所以气体一定膨胀，体积变大，由
